測控電路課件第2章

1、2 信號放大電路授課教師：王翥1 2.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償 2.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識 2.3典型測量放大電路典型測量放大電路 2.4隔離放大電路隔離放大電路2 信號放大電路授課教師：王翥22.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償一、運算放大器的理想特性和實際特性序號序號 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 理想值理想值 實際值實際值1 差模增益差模增益 90100dB以上以上 2 共模增益共模增益 0 0dB以上以上3 輸入阻抗輸入阻抗 100k數(shù)兆數(shù)兆4 輸出阻抗輸出阻抗 0 10數(shù)百數(shù)百5 帶帶 寬寬 0 6 動態(tài)范圍動態(tài)范圍 0供電電壓供電電壓7 輸入

2、失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 0 nV至至mV8 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 0 pA至至uA9 噪噪 聲聲 0 nV至至uV22 信號放大電路授課教師：王翥32.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償需要復(fù)習的幾個基本概念：1、開環(huán)增益K2、閉環(huán)增益Kf3、差模增益Kd4、共模增益Kc5、輸入失調(diào)電壓u0s6、輸入失調(diào)電流I0s7、零點漂移8、共模抑制比CMRR=差模增益Kd/共模增益Kc2 信號放大電路授課教師：王翥42.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償1、輸入失調(diào)電壓u0s 理想的運放是：輸入電壓為零時，輸出電壓也為零。實際上，由于電路特性的非對稱性，必須在輸入端加一

3、個直流電壓才會保證輸出電壓為零。定義： 集成運算放大器輸出直流電壓為零時，所加的補償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。 mV級二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u2零漂： 失調(diào)電壓隨著時間溫度變化而變化的現(xiàn)象叫做零漂。2 信號放大電路授課教師：王翥52.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償2、輸出失調(diào)電壓uo二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償suu012o)RR1 ( 輸出失調(diào)電壓：*1：放大倍數(shù)越大，輸入失調(diào)電壓對輸出的影響就越大。*2：輸入失調(diào)電壓越小表示電路參數(shù)對稱性越好，即：運放的

4、特性越好。*3：對于有外接調(diào)零電位器的運放，可以首先調(diào)零。輸入為零時的輸出電壓稱之為輸出失調(diào)電壓uo 。R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u2圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流2 信號放大電路授課教師：王翥62.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償3、輸入偏置電流輸入偏置電流 nA級 當運算放大器的輸入信號為零時，其兩輸入端靜態(tài)基極電流的平均值定義為輸入偏置電流。221bbbIII二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u22 信號放大電路授

5、課教師：王翥72.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償(1)運放的輸入偏置電流是不可消除的，即使是同相放大器或跟隨器的輸入端必須有提供輸入偏置電流的通路（參考圖）。(2)在設(shè)計高精度放大器或選用具有較大的輸入偏置電流的運放時，必須使運放兩輸入端的直流通道電阻相等。ViVoACRRViVoACRViVoAC3、輸入偏置電流輸入偏置電流二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償2 信號放大電路授課教師：王翥82.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償4、輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 當運算放大器的輸入信號為零時，其兩輸入端靜態(tài)基極電流的之差定義為輸入失調(diào)電流。 二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)

6、及其補償|120bbsIII 輸入失調(diào)電流反映了輸入輸入失調(diào)電流反映了輸入級差放管輸入電流的不對稱程級差放管輸入電流的不對稱程度。度。 無外加信號（無外加信號（uiui不存在）不存在）時，時，Ib1Ib1、Ib2Ib2僅作用于僅作用于R2R2、R3R3，并產(chǎn)生壓降并產(chǎn)生壓降u1u1、u2u2。R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u2圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流2 信號放大電路授課教師：王翥92.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償4、輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流所以：所以： 二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償|120bbsIIIsbbbbIR

7、IIRuRRRIRIRu02122o2213231212o2)(,/)RR1 (則：如果：輸出失調(diào)電壓：圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u22 信號放大電路授課教師：王翥102.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償4、輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償|120bbsIII由上可知由上可知,I,I0s0s不等于零時不等于零時,R2,R2越大越大, ,輸出失調(diào)電壓就越大，輸出失調(diào)電壓就越大，因此因此R2R2不能太大，一般取值不能太大，一般取值在在10-100k10-100k歐姆之間。歐姆

8、之間。sbbIRIIRu02122o2)(輸出失調(diào)電壓：R2R1R3uiRiu1u0SIb1Ib2uoN+u2圖圖2-1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 與失調(diào)電流與失調(diào)電流2 信號放大電路授課教師：王翥112.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償5、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償開關(guān)開關(guān)S閉合時：閉合時：R3被短路，此時輸出電壓為被短路，此時輸出電壓為U1。起作用的電阻有起作用的電阻有R1、R2。而。而R2R1，所以可以認為，所以可以認為U1由輸由輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生。由此可知，輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生。由此可知，輸入失調(diào)電壓為：

9、入失調(diào)電壓為：1R2/RU110su圖圖2-2 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電壓和電流的測量電路電流的測量電路SVR2N+R1R3R1R32 信號放大電路授課教師：王翥122.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償5、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償開關(guān)開關(guān)S打開時：打開時：此時輸出電壓為此時輸出電壓為U2。這時不可忽視，偏置電流在這時不可忽視，偏置電流在R3上的作用。而：上的作用。而：)(12303bbsIIRIR所以，輸出電壓所以，輸出電壓U2為：為：31212003121030122)/1 ()/1 ()(/1 (RR

10、RUUIIRRRUIRuRRUssss圖圖2-2 輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電壓和電流的測量電路電流的測量電路SVR2N+R1R3R1R32 信號放大電路授課教師：王翥132.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償5、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的實測二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償參數(shù)選擇：參數(shù)選擇：1、R2、R3增大，靈敏度增大；增大，靈敏度增大；2、R3遠小于運放的開環(huán)輸入電遠小于運放的開環(huán)輸入電阻；阻；R2/R1=100，R3=100K左右，左右，R1選擇在數(shù)十歐姆。選擇在數(shù)十歐姆。3、R3性能要穩(wěn)定，要匹配；性能要穩(wěn)定，要匹配；圖圖2-2 輸入失

11、調(diào)電壓和輸入失調(diào)電壓和電流的測量電路電流的測量電路SVR2N+R1R3R1R32 信號放大電路授課教師：王翥142.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償6、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整分為：外部調(diào)整、內(nèi)部調(diào)整。分為：外部調(diào)整、內(nèi)部調(diào)整。外部調(diào)整：運放本身沒有調(diào)整端，需要輔之于外部電路。外部調(diào)整：運放本身沒有調(diào)整端，需要輔之于外部電路。二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償R2N+R1R3uiuouaR4RPU+15V-15Va)接入反相端接入反相端R2N+R1uiuouaR4U+-b)接入同相端接入同相端RPR3R5圖圖2-3 外部調(diào)整失調(diào)的方法外部

12、調(diào)整失調(diào)的方法2 信號放大電路授課教師：王翥152.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償6、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整調(diào)整電壓加之于反相輸入端，則：二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償1000R4uU21214a21241421RRRRRURRRRRRRRua的大致范圍為：所以為數(shù)毫伏，為數(shù)伏，式中：R2N+R1R3uiuouaR4RPU+15V-15Va)接入反相端接入反相端2 信號放大電路授課教師：王翥162.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償6、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整調(diào)整電壓加之于同

13、相輸入端，則：二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償盡可能取小毫伏，則若554a545100010uRRRRRURuaR2N+R1uiuouaR4U+-b)接入同相端接入同相端RPR3R52 信號放大電路授課教師：王翥172.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償6、輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整流的調(diào)整內(nèi)部調(diào)整法二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償R2N+R1ui+EuoRa) 方式一方式一RPR3C2-EC1圖圖2-4 內(nèi)部調(diào)整失調(diào)的方法內(nèi)部調(diào)整失調(diào)的方法R2N+R1ui+Euob) 方式二方式二RPR3-E2 信號放大電路授課教師：王翥182.1運算放大器的誤

14、差及其補償運算放大器的誤差及其補償6、輸入失調(diào)電壓與輸入失輸入失調(diào)電壓與輸入失調(diào)電流的調(diào)整調(diào)電流的調(diào)整內(nèi)部調(diào)整法二、失調(diào)及其補償二、失調(diào)及其補償圖圖2-4 內(nèi)部調(diào)整失調(diào)的方法內(nèi)部調(diào)整失調(diào)的方法R2N+R1ui+Euoc) 方式三方式三RPR3-EC1R2N+R1ui+Euod) 方式四方式四RPR3-E2 信號放大電路授課教師：王翥192.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償三、轉(zhuǎn)換速率和最小不失真頻率三、轉(zhuǎn)換速率和最小不失真頻率 所謂轉(zhuǎn)換速率所謂轉(zhuǎn)換速率SR是指運算放大器的輸入信號為高頻是指運算放大器的輸入信號為高頻正弦波、輸出呈三角波時，其三角波的斜率用正弦波、輸出呈三角波時

15、，其三角波的斜率用V/S表示。表示。它表示輸出電壓能夠跟蹤輸入電壓的能力。用下式表示：它表示輸出電壓能夠跟蹤輸入電壓的能力。用下式表示：tuSR mmaxmmmaxmaxmuU sintudu / dt|U2fUdu / dt|SRSRf2U若輸入信號為正弦波，這時 的最大變化速率為為使輸出信號不失真，的值應(yīng)小于或等于轉(zhuǎn)換速率，所以：由此可知，最大不失真頻率fmax隨信號幅值的增加而減小2 信號放大電路授課教師：王翥202.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償四、運放的振蕩與相位補償四、運放的振蕩與相位補償 略略a）電路圖RCuoui00.1fpfp10fp-20-40b）幅頻特

16、性fK/dB圖2-6 運算放大器的頻率特性 00.1fpfp10fp-45-90c）相頻特性f圖2-5 具有反饋的運算放大器放大K倍反饋 倍uouioouiuf2 信號放大電路授課教師：王翥212.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償四、運放的振蕩與相位補償四、運放的振蕩與相位補償 略略N+R2R1RLuoCoCLCiui圖2-7 由RC組合網(wǎng)絡(luò)引起的振蕩2 信號放大電路授課教師：王翥222.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償四、運放的振蕩與相位補償四、運放的振蕩與相位補償 略略 fz10fz0.1fz0-20-40b）幅頻特性0.1fz+90+450 fz10f

17、z f fc）相頻特性圖2-8 相位超前環(huán)節(jié)的頻率特性K/dB a）電路圖RCuiuo2 信號放大電路授課教師：王翥232.1運算放大器的誤差及其補償運算放大器的誤差及其補償四、運放的振蕩與相位補償四、運放的振蕩與相位補償 略略C2Cia）補償原理uouiN+R1R2圖2-9 相位補償電路uouiCLR2R1+NR0b）有容性負載時的接法+R3C1R4uiuoN+R1R2R5c）補償電容的實用接法C22 信號放大電路授課教師：王翥242.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識式中式中 k 玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，k =1.3810-23J/K； T 導(dǎo)體的絕對溫度（導(dǎo)體的絕對溫度（K）；）； B

18、測量系統(tǒng)的噪聲帶寬測量系統(tǒng)的噪聲帶寬(Hz)； R 導(dǎo)體阻抗的實部導(dǎo)體阻抗的實部()。kTRBtU4)(t噪聲就是干擾有用信號的某種不希望的擾動。噪聲就是干擾有用信號的某種不希望的擾動。通常：把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。通常：把外部來的稱為干擾，把內(nèi)部產(chǎn)生的稱為噪聲。*噪聲與干擾的區(qū)別噪聲與干擾的區(qū)別熱噪聲是由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動引起的噪聲：熱噪聲是由導(dǎo)體中的電荷載流子的熱激振動引起的噪聲：一、噪聲的種類與性質(zhì)一、噪聲的種類與性質(zhì)2 信號放大電路252.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識低頻噪聲與晶體管表面的狀態(tài)以及PN結(jié)的漏電流有關(guān)的噪聲式中：k1 與材料有關(guān)的常量，其量綱

19、與a、b有關(guān)； I 工作電流(A)； a、b 由實驗確定的常數(shù)，對各種半導(dǎo)體， b=0.81.5，a通常為1； f 工作頻率(Hz)。 baffIktU12)(一、噪聲的種類與性質(zhì)一、噪聲的種類與性質(zhì)授課教師：王翥2 信號放大電路2.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識散彈噪聲 流過二極管、三極管位壘層的載流子不是連續(xù)的，而是脈沖性質(zhì)的，電流的方均值或方均根值不為零 式中：q 電子電荷，為1.5910-19C； IDC 直流電流(A)； B 測量系統(tǒng)的噪聲帶寬 (Hz)。BqIIDCsh2一、噪聲的種類與性質(zhì)一、噪聲的種類與性質(zhì)授課教師：王翥262 信號放大電路2.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識 減

20、小噪聲影響的主要措施（1）采用噪聲小的器件；（2）采用信號調(diào)制解調(diào)與濾波，限制通頻帶；（3）采用屏蔽措施；（4）采用高共模抑制比電路。二、處理放大器噪聲的方法二、處理放大器噪聲的方法授課教師：王翥272 信號放大電路2.2噪聲的基礎(chǔ)知識噪聲的基礎(chǔ)知識減小漂移影響的主要措施（1）采用低漂移放大電路；（2）合理設(shè)計偏置電路； （3）采用信號調(diào)制解調(diào)。二、處理放大器噪聲的方法二、處理放大器噪聲的方法授課教師：王翥282 信號放大電路授課教師：王翥292.3典型測量放大電路典型測量放大電路何謂測量放大電路？何謂測量放大電路？ 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓、電流或電荷信號的放大電路稱為

21、測量放大電路測量放大電路，亦稱儀用放大電路儀用放大電路。2 信號放大電路授課教師：王翥302.3典型測量放大電路典型測量放大電路設(shè)計測量放大電路的基本思路：設(shè)計測量放大電路的基本思路：1、系統(tǒng)層次系統(tǒng)層次（1）系統(tǒng)增益的確定和分配；（2）系統(tǒng)帶寬；（3）系統(tǒng)噪聲和分配；（4）與傳感器接口形式或前置放大器的形式；（5）輸入信號的特點與對輸出信號的要求；（6）輸入阻抗與輸出阻抗；（7）電源、體積、環(huán)境溫度等使用條件；（8）成本、工藝等。2 信號放大電路授課教師：王翥312.3典型測量放大電路典型測量放大電路設(shè)計測量放大電路的基本思路：設(shè)計測量放大電路的基本思路：2、單元層次單元層次（1）三種基本形

22、式的放大電路：同相放大電路、反相放大電路和基本差動放大電路；（2）特殊的放大器；（3）集成放大器；3、元件層次元件層次（1）運算放大器的選擇（2）其他阻容元件的選擇；2 信號放大電路授課教師：王翥322.3典型測量放大電路典型測量放大電路一、測量放大電路的基本要求與類型一、測量放大電路的基本要求與類型1、測量放大電路的基本要求（1）輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；（2）穩(wěn)定的放大倍數(shù)；（3）低噪聲；（4）低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；（5）足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率； （6）高共模輸入范圍和高共模抑制比；（7）可調(diào)的閉環(huán)增益；（8）線性好、精度高；（9）成本低。2 信號放大電路授課教

23、師：王翥332.3典型測量放大電路典型測量放大電路一、測量放大電路的基本要求與類型一、測量放大電路的基本要求與類型2、測量放大電路的類型按結(jié)構(gòu)分：（1）差動直接耦合方式；1）單端輸入（包括同相、反相）；2）電橋放大電路；3）電荷放大電路；（2）調(diào)制式；（3）自動穩(wěn)定式；2 信號放大電路授課教師：王翥342.3典型測量放大電路典型測量放大電路一、測量放大電路的基本要求與類型一、測量放大電路的基本要求與類型2、測量放大電路的類型按元件的制作方式分：（1）分立元件結(jié)構(gòu)形式；（2）通用集成運算放大器組成形式；特點：體積小、精確度高、調(diào)節(jié)方便、性價比好。（3）單片集成測量放大器；特點：高于（2）的特性，

24、價格高2 信號放大電路授課教師：王翥352.3典型測量放大電路典型測量放大電路uoR3uiR1R2-+N1二、反相放大電路二、反相放大電路1、電路基本形式：2、基本設(shè)計公式：偏置電流的影響提高共模抑制比，降低的作用：匹配電阻：輸出阻抗：輸入阻抗：放大倍數(shù)：3213o1i12fRR/RR0RrRRKr2 信號放大電路授課教師：王翥362.3典型測量放大電路典型測量放大電路二、反相放大電路二、反相放大電路3、特點：1）輸入阻抗低；2）不易受干擾；3）共模誤差?。ㄝ斎攵藷o共模電壓）；4）適用于中間級和后置放大。uoR3uiR1R2-+N12 信號放大電路授課教師：王翥372.3典型測量放大電路典型測

25、量放大電路二、反相放大電路二、反相放大電路4、提高輸入阻抗的電路變形：R4R5uoR3uiR1R2-+N154215412fRRRRRR1RRK與通常：放大倍數(shù)：2 信號放大電路授課教師：王翥382.3典型測量放大電路典型測量放大電路二、反相放大電路二、反相放大電路5、交流放大器的電路變形：C2C1VouoR3uiR1R2-+N12211RCRC與決定，高端截至頻率由和低端截至頻率由放大：帶通濾波2 信號放大電路授課教師：王翥392.3典型測量放大電路典型測量放大電路三、同相放大電路三、同相放大電路1、電路基本形式：2、基本設(shè)計公式：偏置電流的影響提高共模抑制比，降低的作用：匹配電阻：輸出阻抗

26、：輸入阻抗：放大倍數(shù)：3213oi12fRR/RR0rRR1KruoR3uiR1R2-+N12 信號放大電路授課教師：王翥402.3典型測量放大電路典型測量放大電路三、同相放大電路三、同相放大電路3、特點：1）輸入阻抗高；2）易受干擾；3）共模誤差大；4）適用于前置放大。uoR3uiR1R2-+N12 信號放大電路授課教師：王翥412.3典型測量放大電路典型測量放大電路三、同相放大電路三、同相放大電路4、交流放大器的電路變形：電路不工作有提供偏置電流通道，沒與通常：放大倍數(shù)：11432143fRRRRRRRR1KR3R4C1uoR1uiR2-+N12 信號放大電路授課教師：王翥422.3典型測

27、量放大電路典型測量放大電路三、同相放大電路三、同相放大電路5、電壓跟隨器：uoR1uiR2-+N12 信號放大電路授課教師：王翥432.3典型測量放大電路典型測量放大電路四、差動放大電路四、差動放大電路1、電路基本形式：12f4231RRKRRRR放大倍數(shù)：，通常：R2uoR4ui2R1-+N1R3ui12 信號放大電路授課教師：王翥442.3典型測量放大電路典型測量放大電路四、差動放大電路四、差動放大電路2、為什么要用差動放大電路？RPuR0uoRPuuoRPRPRPRPuuoRPR0R0R0u)(1RR)(1RuP0POu)(1RR)(1R-21uP0POu*2uO從壓阻傳感器說起。從壓阻

28、傳感器說起。RP=R（1 )2 信號放大電路授課教師：王翥452.3典型測量放大電路典型測量放大電路四、差動放大電路四、差動放大電路3、特點：1）線性較好線性較好；2）靈敏度最高靈敏度最高；4、電路特點：（1）差動輸入、單端輸出；（2）輸入阻抗低；（3）共模抑制比高；（4）調(diào)節(jié)較困難。2 信號放大電路授課教師：王翥462.3典型測量放大電路典型測量放大電路四、差動放大電路四、差動放大電路5、電路分析：R2uoR4uid/2R1-+N1R3uid/2uic差模電壓：uid= ui1ui2 共模電壓：uic=(ui1+ ui2)/2由等效電路可得uo=R4/(R4+R3)ui2*(1+R2/R1)

29、-(R2/R1)ui1 若R1=R3，R2=R4，則uo=(R2/R1) uid即只對差模信號進行放大只對差模信號進行放大0R2R4ui2R1uoR3ui1等效電路等效電路分壓后，同相放大反相放大2 信號放大電路授課教師：王翥472.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路什么是高共模抑制比放大電路？什么是高共模抑制比放大電路？ 用來抑制傳感器輸出共模電壓（包括干擾電壓）的放大電路稱為高共模抑制比放大電路。應(yīng)用于何種場合？應(yīng)用于何種場合？ 應(yīng)用于要求共模抑制比大于100dB的場合，例如人體心電測量。2 信號放大電路授課教師：王翥482.3典型測量放大電

30、路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路1、雙運放高共模抑制比放大電路：（1）反相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型 特點：輸入阻抗小ui2ui1R1R2R4R6R5R3=R1R2R7 =R4R5R6uo-+N1-+N2564251215412256146120RR則：KR，RR通常?。篟時：uu,uRRRR當:*uRR*uRR*RRufoiiiiO2 信號放大電路授課教師：王翥492.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路1、雙運放高共模抑制比放大電路：（2）同相串聯(lián)結(jié)構(gòu)型uoui2ui1R4R3uo1R2R1+-+N2+-+N134342113

31、4122344231211211取為獲得零共模增益，可111RR則：KRRRR：*uRR）*RR（）*uRR（u/Ruu/Ruu）*uRR（ufiioioOiiO特點：1、高共模抑制比；2、輸入阻抗高。問題：反相串聯(lián)與同相串聯(lián)電路的區(qū)別2 信號放大電路授課教師：王翥502.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制五、高共模抑制比放大電路比放大電路2、三運放高共模抑 制比放大電路：ui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N3654321351o2oo021 i022i2o012i011 i1oo1 i2i11o1 i22i2oRRR，

32、RR，RR?。篟R*uuuRR*uRR1*uu,RR*uRR1*uuRuuRuuRuuI2 信號放大電路授課教師：王翥512.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模五、高共模抑制比放大抑制比放大電路電路2、三運放高共模抑制比放大電路：調(diào)節(jié)增益為共模補償電阻，21則若?。?11則：0870135350135021R、R、RRRR*K，RRRR*RR*RR*RRRKPffui1ui2uo1uo2R1R0R2R7RPR8R3R4R6uoR5+-+N1IR-+N2-+N32 信號放大電路授課教師：王翥522.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路3、有

33、源屏蔽驅(qū)動電路：什么是有源屏蔽驅(qū)動電路？什么是有源屏蔽驅(qū)動電路？ 將差動式傳感器的兩個輸出經(jīng)兩個運算放大器構(gòu)成的同相比例差動放大后，使其輸入端的共模電壓11地輸出，并通過輸出端各自電阻（阻值相等）R0加到傳感器的兩個電纜屏蔽層上，即兩個輸入電纜的屏蔽層由共模輸入電壓驅(qū)動，而不是接地，電纜輸入芯線和屏蔽層之間的共模電壓為零，這種電路就是有源屏蔽驅(qū)動電路。+-+N1ui2R1RoR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4-+N2-+N32 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路3、有源屏蔽驅(qū)動電路：應(yīng)用于何種場合應(yīng)用于何種場合? 經(jīng)常使用

34、于差動式傳感器，如電容傳感器、壓阻傳感器和電感傳感器等組成的高精度測控系統(tǒng)中。+-+N1ui2R1RoR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4-+N2-+N3授課教師：王翥532 信號放大電路授課教師：王翥542.3典型測量放大電路典型測量放大電路五、高共模抑制比放大電路五、高共模抑制比放大電路3、有源屏蔽驅(qū)動電路：差 動放大器uoabuicui1ui2RS1RS2C1C2+-+N1ui2R1RoR2R0R0ui1ucuoR4R3R3R4-+N2-+N32 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：UoC1UiR1R2K1-+

35、N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1由圖a，N1為主放大器、N2為誤差保持放大器、N3組成時鐘發(fā)生器、N4為N3的反相器。N3、N4分別驅(qū)動模擬開關(guān)Sa1、Sa2、Sb1、Sb2。-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4a) 電路原理圖+授課教師：王翥552 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進入信

36、號放大狀態(tài)，見圖c。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4a) 電路原理圖+授課教師：王翥562 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進入信號放大狀態(tài)，見圖c。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R

37、2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4a) 電路原理圖+授課教師：王翥572 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進入信號放大狀態(tài)，見圖c。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1K1C1R2-+N1K2-+N2R1a) 電

38、路原理圖+授課教師：王翥582 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進入信號放大狀態(tài)，見圖c。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1-+N3UoK1C1Sa2R2Sb2Sa1-+N1K2-+N2UiSb1R1-+N4a) 電路原理圖+授課教師：王翥592 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大

39、電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：由圖a，當N3輸出高電平，Sa1、Sa2導(dǎo)通，電路處于失調(diào)調(diào)零狀態(tài)，見圖b。當N3輸出低電平，Sb1、Sb2導(dǎo)通，電路進入信號放大狀態(tài)，見圖c。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1UoK1C1R2-+N1UiR1a) 電路原理圖+授課教師：王翥602 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：圖b可推出： Uc1（Uo1U0s2）K2 Uo1（ Uc1 U0s1）K1K1、K2分別為分別為N1、

40、N2的開環(huán)增益（的開環(huán)增益（K11、 K1 K21） Uc1（ Uc1 U0s1）K1U0s2K2 Uc1 K1K2 +U0s1 K1K2 U0s2K2 Uc1（U0s1 K1K2 U0s2K2）/（1+K1K2）U0s1U0s1、U0s2分別為分別為N1、N2 的輸入失調(diào)電壓。的輸入失調(diào)電壓。結(jié)論：電容結(jié)論：電容C1寄存了運算放大器寄存了運算放大器N1的失調(diào)電壓的失調(diào)電壓U0s1。K2C1UC1Uo1R1R2K1-+N1-+N2b) 誤差保持Uos2Uos1授課教師：王翥612 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路1、自動調(diào)零放大電路：圖c。

41、可推出： Uo =(R2/R1)Ui U0s1*K1+Uc1K1(R2/R1)Ui實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的。實現(xiàn)了對失調(diào)電壓的校正，達到了自動調(diào)零的目的。電路特點：電路特點：（1）輸出電壓較穩(wěn)定；）輸出電壓較穩(wěn)定；（2）波動??；）波動小；（3）電路成本低（用一塊四運放）電路成本低（用一塊四運放LF347和一塊和一塊4位模擬開關(guān)位模擬開關(guān)CD4066即可組成）；即可組成）；（4）適用于毫伏級的低電平放大。）適用于毫伏級的低電平放大。UoC1UiR1R2K1-+N1c) 調(diào)零放大輸出授課教師：王翥622 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低

42、漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（1）輪換自動校零集成運算放大器（CAZ運算放大器）什么是什么是CAZ運算放大器？運算放大器？ CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。授課教師：王翥632 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（1）輪換自動校零集成運算放大器（CAZ運算放大器）輸出C1G輸入 C2+輸入 輸出 R2-+N1-+N2R2C1GR2輸入 -+N1-+N2R2+輸入 a) N2處于自動校

43、零狀態(tài)b) N1處于自動校零狀態(tài)C2授課教師：王翥642 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（1）輪換自動校零集成運算放大器（CAZ運算放大器）問題：該電路與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別何在？ 無放大間歇時間，輸出穩(wěn)定。授課教師：王翥652 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)內(nèi)部調(diào)制補償電路箝位電路外時鐘輸入GSaSb時鐘輸出UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1

44、+-+N2+-構(gòu)成：N1為主放大器，N2為校零放大器，A1、A2分別為N1、N2的側(cè)向輸入端，Sa1、Sa2、Sb1、Sb2為模擬開關(guān)，有內(nèi)部或外部時鐘驅(qū)動。授課教師：王翥662 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-誤差檢測和寄存階段：誤差檢測和寄存階段： 時鐘為高電平，時鐘為高電平，Sa1、Sa2閉合，閉合，N2兩

45、輸入端被短接，只有輸兩輸入端被短接，只有輸入失調(diào)電壓入失調(diào)電壓U0s2和共模信號和共模信號Uc作用并輸出，由電容作用并輸出，由電容C2寄存，同時寄存，同時反饋到反饋到N2的側(cè)向輸入端的側(cè)向輸入端A2授課教師：王翥672 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-2cc20s22o2c2222222c2222cc20s22o2o22cc20s22o2K/ )U*KU*K(UUC1KANKNKNK)K1

46、/()U*KU*K(UU*KU*KU*KU的兩端電壓即）輸入時的放大倍數(shù)（的側(cè)向端：的開環(huán)共模放大倍數(shù)：的開環(huán)放大倍數(shù)：這里：此時，誤差檢測和寄存階段：誤差檢測和寄存階段：授課教師：王翥682 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)校零和放大階段：校零和放大階段： 時鐘為低電平，時鐘為低電平，S Sb1b1、S Sb2b2閉合，閉合，輸入信號輸入信號U Ui i同時作用到同時作用到N N1 1、N N2 2的輸?shù)妮斎攵恕Ｈ攵?。N N2 2除輸入除輸入U Ui i、U U0

47、s20s2和和U Uc c外，在外，在側(cè)向端側(cè)向端A A2 2還作用著還作用著U Uc c2 2，此時，此時N N2 2的輸?shù)妮敵鰹椋撼鰹椋篣iSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-授課教師：王翥692 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-輸入時的放大倍數(shù)的側(cè)向端：的開環(huán)共模放大倍數(shù)：的開環(huán)放大倍數(shù)：這里：為：的輸出此時的失調(diào)電壓與共模電壓消除了此時，111

48、1c111o21cc10s1i1o1o1i22cc20s222cc20s2i2c22cc20s2i2o2ANKNKNKU*KU*K)UU(*KUUN1N2U*KK/ )U*KU*K(*KU*K)UU(*KU*KU*K)UU(*KU校零和放大階段：校零和放大階段：授課教師：王翥702 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)UiSb1Sb2Sa2C1C2Sa1A1A2UoUo2+-+N1+-+N2+-產(chǎn)生的誤差項為失調(diào)電壓與共模電壓同時：。這里：代入上式，得：將cc10s11

49、211i21cc10s11i211o1i2o2U*KU*K1K,KKU*KKU*KU*KU*)KKK(UU*KU授課教師：王翥712 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路六、低漂移放大電路六、低漂移放大電路2、低漂移單片集成運算放大器：（2）斬波穩(wěn)零集成運算放大器（ICL7650)問題：問題：該電路的增益是如何提高的？該電路的輸入失調(diào)電壓是如何減小的？該電路的共模抑制比是如何提高的？該電路有哪些優(yōu)點？書中：34部分內(nèi)容授課教師：王翥722 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路七、高輸入阻抗放大電路七、高輸入阻抗放大電路1、高輸入阻抗集成運算放大器：這里不詳細介紹，需

50、要注意的是在使用時要屏蔽高阻抗輸入端。授課教師：王翥732 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路七、高輸入阻抗放大電路七、高輸入阻抗放大電路2、自舉式高輸入阻抗放大電路：何謂自舉電路何謂自舉電路? 自舉電路自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？是不是所有情況下都要求放大電路具有高的輸入阻抗？ 高輸入阻抗電路常應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高的測量放大電路中。如電容式、壓電式傳感器電容式、壓電式傳感器的測量放大電路。授課教師：王翥742 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大

51、電路七、高輸入阻抗放大電路七、高輸入阻抗放大電路2、自舉式高輸入阻抗放大電路：uoR1R2C2C1R3-+ui（1）同相交流放大電路因為：1）u+=u-； 2）C2兩端等位；所以：R1兩端等位，等效于IR1=0結(jié)論：高輸入阻抗授課教師：王翥752 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路七、高輸入阻抗放大電路七、高輸入阻抗放大電路2、自舉式高輸入阻抗放大電路：（2）交流電壓跟隨電路因為：1）u+=u-； 2）uo=u- 2）C2兩端等位；所以：R1兩端等位，等效于IR1=0結(jié)論：高輸入阻抗uouiR1R2C2C1R3-+授課教師：王翥762 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量

52、放大電路七、高輸入阻抗放大電路七、高輸入阻抗放大電路2、自舉式高輸入阻抗放大電路：（3）自舉組合電路uouii1i2R1iuo22R1R3R2-+N1-+R3N2c)i211221ii21i122io21iio131o2i13o1RRRRRRRiuRRR)uR(RRuuRui2uuR2Ru,uRRu時：當則輸入阻抗為：授課教師：王翥772 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路八、電荷放大電路八、電荷放大電路1、基本原理：2、電荷放大電路的特性：3、電荷放大電路的實例：授課教師：王翥782 信號放大電路2.3典型測量放大電路典型測量放大電路九、電流放大電路九、電流放大電路授課教師：

53、王翥792 信號放大電路授課教師：王翥802.3典型測量放大電路典型測量放大電路十、電橋放大電路十、電橋放大電路何謂電橋放大電路？何謂電橋放大電路？ 由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應(yīng)用于何種場合？應(yīng)用于何種場合？ 應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放大，或由傳感器和運算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。2 信號放大電路授課教師：王翥812.3典型測量放大電路典型測量放大電路十、電橋放大電路十、電橋放大電路1、單端輸入電橋放大電路：uoZ1Z2Z4Z3R2R1bau-+Na) 反相輸入R+RR2R1uoRRRu-+Nb) 同相輸入2 信號放大電路授課教師：王翥822.3典型測量放大電路典型測量放大電路十、電橋放大電路